MÉSON ÊTA-B

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Les physiciens de la collaboration internationale BaBar ont démontré l'existence du méson êta-b, le cousin attendu du méson upsilon découvert il y a trente ans. Caractéristiques d'états où un quark lourd de type b (pour bottom ou parfois beau) et un antiquark du même type sont liés, ces particules lourdes (plus de dix fois la masse du proton) sont appelées « bottomonia » par référence au positronium, état lié d'un électron et d'un positron. Le méson êta-b est le bottomonium le moins lourd, donc l'état fondamental du système formé par la paire quark b– antiquark b. Son spin est nul, ce qui le différencie fondamentalement des mésons upsilon de spin 1. Cette différence de spin se traduit par l'absence d'un canal de désintégration facilement identifiable et explique le caractère tardif de cette découverte.

L'expérience BaBar du SLAC (l'accélérateur linéaire de Stanford en Californie) accumule depuis neuf ans des observations sur les mésons B (qui contiennent un quark b mais pas d'antiquark b) afin d'étudier de subtiles violations de symétrie entre particules et antiparticules. Ces mésons B sont fabriqués dans les réactions d'annihilation d'un électron avec un positron par l'intermédiaire d'un état excité très instable du bottomonium appelé upsilon-4S. Pour distinguer le êta-b, les physiciens ont baissé de janvier à mars 2008 l'énergie de l'accélérateur afin qu'un autre méson (le upsilon-3S) soit amplement produit. En étudiant en détail les désintégrations de 110 millions de ces mésons, ils ont mis en évidence un canal particulier où apparaît un photon portant une énergie de 911 MeV. Cela est le signe d'une désintégration du upsilon-3S en deux corps : le êta-b et un photon de recul dont l'énergie caractérise la différence de masse des deux bottomonia. On ne reconnaît pas directement le méson êta-b car il se désintègre immédiatement en une multitude de mésons, dont certains sont mal mesurés par le dispositif expérimental. La précision de la mesure de l'énergie du photon de recul est cependant un signe non ambigu de l'existence du méson êta-b. Sa masse est déterminée égale à 9 390 MeV et la probabilité de désintégration du upsilon-3S en un êta-b et un photon à 0,05 p. 100.

—  Bernard PIRE

Écrit par :

  • : directeur de recherche au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « MÉSON ÊTA-B », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/meson-eta-b/